(57)【要約】【課題】  少数のプロジェクターで高解像度の三次元映像を三次元スクリーンに再生することができる、投射型ＩＰ方式による三次元ディスプレイシステムを得る。【解決手段】  要素画像である二次元エレメントイメージを水平方向に一次元配列させるべく少なくとも２個以上の三次元カメラで被写体を撮影することにより水平方向に一次元配列された二次元エレメントイメージとして映像情報を記録するための撮影手段と、該撮影手段より得られた映像情報又は外部コンピュータにより作成された映像データを入力してリアルタイムに映像処理するための映像処理手段と、該映像処理手段より出力された映像データを、水平方向に一次元配列した少なくとも２個以上のプロジェクターで平面状の三次元スクリーンに対して投射するための第一投射手段又はＭＯＳＬＭを用いた１個のプロジェクターでポリゴン状の三次元スクリーンに対して投射するための第二投射手段により構成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＰ（Integral Photography）方式における要素画像である二次元エレメントイメージを水平方向に一次元配列させるべく少なくとも２個以上の三次元カメラで被写体を撮影することにより水平方向に一次元配列された二次元エレメントイメージとして映像情報を記録するための撮影手段と、該撮影手段より得られた映像情報又は外部コンピュータにより作成された映像データを入力してリアルタイムに映像処理するための映像処理手段と、該映像処理手段より出力された映像データを、水平方向に一次元配列した少なくとも２個以上のプロジェクターで平面状の三次元スクリーンに対して投射するための第一投射手段又は前記映像処理手段より出力された映像データを、ＭＯＳＬＭ（Magnet-Optic Spatial Light Modulator：磁気光学空間光変調器）を用いた１個のプロジェクターでポリゴン状の三次元スクリーンに対して投射するための第二投射手段により構成したことを特徴とする、投射型ＩＰ方式による三次元ディスプレイシステム。
【請求項２】
撮影手段が、少なくとも２個以上の三次元カメラを水平方向に一次元配列して構成した撮影装置であり、該三次元カメラはレンチキュラレンズ又はシリンドリカルレンズアレイ及びイメージングレンズを用いて被写体を撮影することによりレンチキュラレンズ又はシリンドリカルレンズアレイのレンズ毎に被写体をイメージセンサに結像させて映像情報を得るものであることを特徴とした、請求項１に記載の投射型ＩＰ方式による三次元ディスプレイシステム。
【請求項３】
映像処理手段が、撮影装置より得られた映像情報又は外部コンピュータにより作成された映像データを入力してリアルタイムに映像処理するＩＰ方式の映像処理装置であることを特徴とした、請求項１に記載の投射型ＩＰ方式による三次元ディスプレイシステム。
【請求項４】
第一投射手段が、映像処理装置より出力された映像データを水平方向に一次元配列した少なくとも２個以上のプロジェクターで構成した投射装置より、ミラーコーティングしたレンズリットアレイを二次元配列して構成した平面状の三次元スクリーンに投射し、当該三次元スクリーンの手前に実像を形成して三次元映像を再生するものであることを特徴とした、請求項１に記載の投射型ＩＰ方式による三次元ディスプレイシステム。
【請求項５】
第二投射手段が、映像処理装置より出力された映像データをＭＯＳＬＭを用いた１個のプロジェクターより、ミラーコーティングしたレンズリットアレイを二次元配列して構成したポリゴン状の三次元スクリーンに投射し、当該三次元スクリーンの手前に実像を形成して三次元映像を再生するものであることを特徴とした、請求項１に記載の投射型ＩＰ方式による三次元ディスプレイシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投射型ＩＰ（Integral Photography）方式の三次元ディスプレイに関し、特に少数のプロジェクターで高解像度の三次元映像を三次元スクリーンに再生することができる、投射型ＩＰ方式による三次元ディスプレイシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
三次元ディスプレイに関する研究は、主にホログラフィ方式やステレオスコピック方式を基礎として長年研究されてきた。前記ホログラフィ方式は理想的な三次元映像の表示方式と思われるが、コヒーレント光源が必要であり、遠くにある大きな物体を記録して再生することは困難であった。また、ステレオスコピック方式は２眼式とも言い、両眼視差を持つ左眼用画像と右眼用画像の２つの画像を両眼に分離して与えることにより三次元映像を認識するものであり、メガネ方式とメガネなし方式がある。該ステレオスコピック方式は前記２つの視差画像を使用するためコンテンツ制作が容易であり、深い奥行を持つ三次元映像を認識することができるが、両眼の輻輳と焦点調節の不一致による視覚疲労があることや、観察視点が限定されること即ち頭の位置を固定しなければならないという欠点があった。
【０００３】
近年、上記ステレオスコピック方式の欠点を解決するため、ＩＰ方式に関する研究が盛んに行われている。該ＩＰ方式は１９０８年にM.G.Lippmannによって提案されたもので、多眼式且つメガネなし方式の三次元ディスプレイである。基本原理として、撮影時には小さな凸レンズを規則的に二次元配列した複眼状のレンズアレイ（蝿の目レンズ又はレンズリットアレイとも言うが、以後レンズリットアレイとする）を用いてレンズ毎に被写体をフィルムに結像させて記録し、再生時には撮影したフィルムを現像して元の位置に置き、背面から照明してレンズリットアレイを通して観察することにより三次元映像を認識するものである。該ＩＰ方式は連続的な観察視点と水平垂直視差を持つ三次元映像を再現できること即ち多くの観察者の頭の位置を固定しなくてもよいという利点があるが、視野角が狭く奥行が制限されて解像度が低くなるという欠点があった。
【０００４】
図２は従来のＩＰ方式による三次元カメラの構成図及び二次元エレメントイメージであり、（ａ）はフィルムの代わりにＣＣＤ（Charge-Coupled Device）等のイメージセンサ５を使用し、レンズリットアレイ２及びイメージングレンズ４を用いて被写体６を撮影することによりレンズリットアレイ２のレンズ毎に被写体６をイメージセンサ５に結像させて映像情報を得る三次元カメラの構成を示し、（ｂ）はイメージセンサ５に結像して得られる映像情報として、レンズリットアレイ２のレンズ毎に被写体６が倒立結像した二次元エレメントイメージ１４を示している。該二次元エレメントイメージ１４の二次元配列の個数はレンズリットアレイ２の二次元配列の個数と同一であり、実際には水平垂直方向ともに数十個のセルで構成される。なお、イメージングレンズ４はレンズリットアレイ２の周辺部の明るさを確保するためのものである。
【０００５】
また、図４は従来のＩＰ方式による三次元映像再生システムの構成図であり、現像フィルムに代えミラーコーティングしたレンズリットアレイ１１ａを二次元配列して構成した平面状の三次元スクリーン１２ａに対し、多数のプロジェクター９ａを二次元配列して構成した投射装置１０ａより上記映像データを投射することにより、当該三次元スクリーン１２ａの手前に実像を形成して三次元映像を再生するものである。
【特許文献１】特開平０６−２３０４８７
【非特許文献１】M.G.Lippmann：“Epreuves reversibles donnant la sensation du relief”，(Journal.de Physique.7,821-825,1908)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来のＩＰ方式による三次元映像再生システムにおいて、イメージセンサ５の解像度をＮ×Ｍ（水平解像度：Ｎ，垂直解像度：Ｍ）とし、レンズリットアレイ２の配列をｎ×ｍ（水平配列セル：ｎ，垂直配列セル：ｍ）とすると、二次元エレメントイメージ１４の中の一つの二次元エレメントイメージの大きさは（Ｎ／ｎ）×（Ｍ／ｍ）となる。これは当該三次元映像の解像度に相当する。該三次元スクリーン１２ａの解像度がＮ×Ｍである場合、ｎ×ｍ個のプロジェクター９ａを二次元配列した投射装置１０ａが必要となる。例えばＸＧＡ（１０２４×７６８）の三次元映像を再生するためには、レンズリットアレイ１１ａの配列を３２×２４とすると、必要なプロジェクター９ａの数量は３２×２４＝７６８個と膨大な数になり、該三次元映像再生システムを実現させるには合理的ではないといった欠点があった。
【０００７】
本発明は上記欠点を解決するために成されたものであり、多数の人がメガネなしに同時に三次元映像を観察することができる投射型ＩＰ方式の三次元ディスプレイにおいて、少数のプロジェクターで高解像度の三次元映像を三次元スクリーンに再生することができる、投射型ＩＰ方式による三次元ディスプレイシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の投射型ＩＰ方式による三次元ディスプレイシステムにおいては、ＩＰ（Integral Photography）方式における要素画像である二次元エレメントイメージを水平方向に一次元配列させるべく少なくとも２個以上の三次元カメラで被写体を撮影することにより水平方向に一次元配列された二次元エレメントイメージとして映像情報を記録するための撮影手段と、該撮影手段より得られた映像情報又は外部コンピュータにより作成された映像データを入力してリアルタイムに映像処理するための映像処理手段と、該映像処理手段より出力された映像データを、水平方向に一次元配列した少なくとも２個以上のプロジェクターで平面状の三次元スクリーンに対して投射するための第一投射手段又は前記映像処理手段より出力された映像データを、ＭＯＳＬＭ（Magnet-Optic Spatial Light Modulator：磁気光学空間光変調器）を用いた１個のプロジェクターでポリゴン状の三次元スクリーンに対して投射するための第二投射手段により構成する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の投射型ＩＰ方式による三次元ディスプレイシステムによれば、平面状の三次元スクリーンに対し、水平方向に一次元配列した少なくとも２個以上のプロジェクターより映像データを投射することにより多数の観察者が同時に三次元映像を観察することができる。また、ポリゴン状の三次元スクリーンに対し、ＭＯＳＬＭを用いた１個のプロジェクターより映像データを投射することにより多数の観察者が同時に三次元映像を観察することができる。また、被写体を水平方向に一次元配列された二次元エレメントイメージとして記録するだけで済み、一つの二次元エレメントイメージの垂直方向が拡大されるため、垂直方向の解像度が向上する。従って、少数のプロジェクターで高解像度の三次元映像を三次元スクリーンに再生することができるという絶大なる効果を奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明を実施するための最良の形態を図を用いて説明する。図１は本発明の投射型ＩＰ方式による三次元ディスプレイシステムのシステム構成図である。
【００１１】
撮影手段として、少なくとも２個以上の三次元カメラ１を水平方向に一次元配列して構成した撮影装置７を使用する。図３は本発明の投射型ＩＰ方式による三次元ディスプレイシステムにおける三次元カメラの構成図及び二次元エレメントイメージであり、（ａ）は撮像素子としてＣＣＤ等のイメージセンサ５を使用し、レンチキュラレンズ又はシリンドリカルレンズアレイ３及びイメージングレンズ４を用いて被写体６を撮影することによりレンチキュラレンズ又はシリンドリカルレンズアレイ３のレンズ毎に被写体６をイメージセンサ５に結像させて映像情報を得る三次元カメラの構成を示し、（ｂ）はイメージセンサ５に結像して得られる映像情報として、レンチキュラレンズ又はシリンドリカルレンズアレイ３のレンズ毎に被写体６が倒立結像した二次元エレメントイメージ１５を示している。該二次元エレメントイメージ１５の一次元配列の個数はレンチキュラレンズ又はシリンドリカルレンズアレイ３の一次元配列の個数と同一であり、実際には水平方向に数十個のセルを配列して構成する。なお、イメージングレンズ４はレンチキュラレンズ又はシリンドリカルレンズアレイ３の周辺部の明るさを確保するためのものである。該撮影装置７で被写体６を撮影することにより、水平方向に一次元配列された二次元エレメントイメージ１５を映像情報として記録することができる。
【００１２】
また、映像処理手段として、上記撮影装置７より得られた映像情報又は外部コンピュータ１９により作成された映像データを入力してリアルタイムに映像処理するための、ＩＰ方式による映像処理装置８を撮影装置７に接続する。該映像処理装置８により映像情報のデータ処理を行えば、撮影装置７内の三次元カメラ１の個数と投射装置１０内のプロジェクター９の個数を１対１に対応させる必要もなく、少数のプロジェクター９で映像データを投射することが可能である。また、外部コンピュータ１９で三次元アニメーション等のコンテンツを作成しておけば、撮影装置７で撮影した被写体映像に代えてコンテンツ映像を投射することが可能である。
【００１３】
また、第一投射手段として、図１に示すように上記映像処理装置８より出力された映像データを水平方向に一次元配列した少なくとも２個以上のプロジェクター９で構成した投射装置１０より、平面状の三次元スクリーン１２に投射する。該三次元スクリーン１２はミラーコーティングしたレンズリットアレイ１１を平面状に二次元配列して構成したものである。また、第二投射手段として、後述の図６に示すように上記映像処理装置８より出力された映像データをＭＯＳＬＭを用いた１個のプロジェクター１６より、ポリゴン状の三次元スクリーン１８に投射する。該三次元スクリーン１８はミラーコーティングしたレンズリットアレイ１１をポリゴン状に二次元配列して構成したものである。
【実施例１】
【００１４】
本発明の投射型ＩＰ方式による三次元ディスプレイシステムの第一実施例を図を用いて説明する。図５は本発明の投射型ＩＰ方式による三次元ディスプレイシステムにおける三次元映像再生システムの第一実施例の構成図である。
【００１５】
該図においては、ミラーコーティングしたレンズリットアレイ１１を二次元配列して構成した平面状の三次元スクリーン１２に対し、水平方向に一次元配列した少なくとも２個以上のプロジェクター９で構成した投射装置１０より、上述の撮影装置７にて撮影した映像情報又は外部コンピュータにより作成された映像データを映像処理装置８でリアルタイム処理した映像データを投射することにより、当該三次元スクリーン１２の手前に実像１３を形成して三次元映像を再生するものである。
【００１６】
本発明の投射型ＩＰ方式による三次元ディスプレイシステムおいて、イメージセンサ５の解像度をＮ×Ｍ（水平解像度：Ｎ，垂直解像度：Ｍ）とし、レンチキュラレンズ又はシリンドリカルレンズアレイ３の配列をｎ（水平配列セル：ｎ）とすると、二次元エレメントイメージ１５の中の一つの二次元エレメントイメージの大きさは（Ｎ／ｎ）×Ｍとなる。これは当該三次元映像の解像度に相当し、一つの二次元エレメントイメージ１５の垂直方向が拡大されるため、垂直方向の解像度が向上する。三次元スクリーン１２の解像度がＮ×Ｍである場合、ｎ個のプロジェクター９を一次元配列した投射装置１０が必要となる。例えばＸＧＡ（１０２４×７６８）の三次元映像を再生するためには、レンズリットアレイ１１の配列を３２×２４とすると、必要なプロジェクター９の数量は３２個となる。
【実施例２】
【００１７】
本発明の投射型ＩＰ方式による三次元ディスプレイシステムの第二実施例を図を用いて説明する。図６は本発明の投射型ＩＰ方式による三次元ディスプレイシステムにおける三次元映像再生システムの第二実施例の構成図である。
【００１８】
該図においては、ミラーコーティングしたレンズリットアレイ１１を二次元配列して構成したポリゴン状の三次元スクリーン１２に対し、ＭＯＳＬＭを用いた１個のプロジェクター１６及びスキャニングミラー１７より、上述の撮影装置７にて撮影した映像情報又は外部コンピュータにより作成された映像データを映像処理装置８でリアルタイム処理した映像データを投射することにより、当該三次元スクリーン１８の手前に実像１３を形成して三次元映像を再生するものである。解像度に関しては、上記実施例１と同様である。
【００１９】
上記ＭＯＳＬＭを用いたプロジェクター１６は、二次元エレメントイメージ１５をフレーム毎に時分割多重化した映像データを出力する。また、ポリゴン状の三次元スクリーン１８の大きさとスキャニングミラー１７との距離により決まる角度でスキャニングミラー１７をステップ回動させ、当該スキャニングミラー１７で反射した映像データをポリゴン状の三次元スクリーン１２のレンズリットアレイ１１にフレーム分割して高速投射動作を行うものである。
【００２０】
以上述べたように、本発明の投射型ＩＰ方式による三次元ディスプレイシステムによれば、被写体６を水平方向に一次元配列された二次元エレメントイメージ１５として記録するため垂直方向の解像度が向上すると共に、少数のプロジェクターで高解像度の三次元映像を三次元スクリーン１２，１８に再生することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
上記で説明した投射型ＩＰ方式による三次元ディスプレイシステムは、博物館や美術館等における作品紹介，イベント会場やアミューズメント施設等におけるＶＲ（Virtual Reality）用ディスプレイ，映画館等の三次元映像再生が効果的なあらゆる施設や場所において利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の投射型ＩＰ方式による三次元ディスプレイシステムのシステム構成図である。
【図２】従来のＩＰ方式による三次元カメラの構成図及び二次元エレメントイメージである。
【図３】本発明の投射型ＩＰ方式による三次元ディスプレイシステムにおける三次元カメラの構成図及び二次元エレメントイメージである。
【図４】従来のＩＰ方式による三次元映像再生システムの構成図である。
【図５】本発明の投射型ＩＰ方式による三次元ディスプレイシステムにおける三次元映像再生システムの第一実施例の構成図である。
【図６】本発明の投射型ＩＰ方式による三次元ディスプレイシステムにおける三次元映像再生システムの第二実施例の構成図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  三次元カメラ
２  レンズリットアレイ
３  レンチキュラレンズ又はシリンドリカルレンズアレイ
４  イメージングレンズ
５  イメージセンサ
６  被写体
７  撮影装置
８  映像処理装置
９  プロジェクター
１０  投射装置
１１  レンズリットアレイ
１２  三次元スクリーン
１３  実像
１４  二次元エレメントイメージ
１５  二次元エレメントイメージ
１６  プロジェクター
１７  スキャニングミラー
１８  三次元スクリーン
１９  外部コンピュータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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